温水便座装置
【課題】所定次数の高調波電流を抑制することができるヒータの通電制御装置、特に、それを備えた温水便座装置を提供すること。
【解決手段】交流電圧が供給されて発熱するヒータ３と、ヒータ３への通電を制御する通電制御装置１と、を有する、温水便座装置１０であって、通電制御装置１は、ヒータ３への通電を、交流電圧のオンタイミングとオフタイミングの両方で制御自在であるとともに、交流電圧を所定の制御周波数でチョッパ制御してヒータ３に供給することができる。
【解決手段】交流電圧が供給されて発熱するヒータ３と、ヒータ３への通電を制御する通電制御装置１と、を有する、温水便座装置１０であって、通電制御装置１は、ヒータ３への通電を、交流電圧のオンタイミングとオフタイミングの両方で制御自在であるとともに、交流電圧を所定の制御周波数でチョッパ制御してヒータ３に供給することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水便座装置に関し、特に、ヒータにより温水を瞬間的に加熱して局部に噴射する温水便座装置、中でも、そのヒータの通電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温水便座装置には、給湯タンクを持たず、冷水をヒータにより瞬間的に加熱して、温水をノズルから局部に噴出するタイプのものがある。この瞬間給湯タイプの温水便座装置は、冷水の予熱が不要であるため電力消費量が少なく、又給湯タンクを持たないため装置をコンパクトに構成できるという利点がある。
【０００３】
特許文献１には、ヒータと、ヒータに供給される電源電圧（交流）を位相制御してヒータへの通電時間を制御するトライアックと、ヒータ通過前後の水温を検出する温度センサと、温度センサの検出出力に基づいてトライアックのオンタイミング（点弧角）をゆらぎ制御する制御部と、を備えた、温水便座装置が開示されている。なお、トライアックは、オンタイミングでのみ制御可能であり、一旦オン（点弧）すると交流電圧がゼロになるまで、ヒータは通電され続ける。
【０００４】
特許文献１に係る発明によれば、トライアックのオンタイミングを一周期毎に、微妙に変化させることにより、通電に伴って発生する高周波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化して、飛びぬけて大きな高調波電流が発生しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４０００７号公報（図５参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
“ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”等に示されている高調波規制のガイドラインによれば、２次から４０次（電源電圧の２倍から４０倍までの周波数）までの高調波電流を抑制することが求められている。しかしながら、特許文献１の発明によれば、オンタイミングでのみ制御可能なトライアックを用いているため、このガイドラインを十分に遵守することが困難である。その理由を以下に説明する。
【０００７】
特許文献１の発明のように、トライアックを用いた場合、電源電圧の一周期を二分周（二次で制御）することしかできない。本発明者の知見によれば、電源電圧を分周した場合、（分周した周波数／電源周波数）±１次の高調波電流が、著しく大きくなることがわかった。したがって、特許文献１の発明によれば、特に、電源電圧が高いタイミングでトライアックがオンされた場合、低い次数で大きな高調波電流が発生して、上記ガイドラインを十分に遵守することが困難となる。
【０００８】
また、省エネルギーのため、温水を予め貯留しておかず、使用時に温水を生成する温水便座装置においては、きわめて短時間に、適温の温水を生成する必要がある。使用者の局部に噴射させる温水が適温でなければ、使用者に不快感を与えることになるからである。
【０００９】
しかしながら、特許文献１の発明によれば、電源電圧の一周期を経なければ、トライアックのオンタイミングを変化させて、通電率（デューティ）を変えることができないため、瞬間的に適温の温水を生成することが困難な場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、所定次数の高調波電流を抑制することができるヒータの通電制御装置、特に、それを備えた温水便座装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、応答性に優れ瞬間加熱に適したヒータの通電制御装置、特に、それを備えた温水便座装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるヒータへの通電を制御する通電制御装置は、交流電圧が供給されて発熱するヒータを有する温水便座装置、特に、瞬間的に水を加熱して温水を生成する温水便座装置に好適に適用される。本発明は、第１の視点において、前記ヒータへの通電を、前記交流電圧のオンタイミングとオフタイミングの両方で制御自在であり、前記交流電圧を所定の制御周波数でチョッパ制御して前記ヒータに供給する、通電制御装置を提供する。なお、本発明において、交流電圧とは、交流及びそれを整流した後の電圧を含むものであり、代表的には、商用電源から供給される交流電圧である。
【発明の効果】
【００１２】
（１）本発明によれば、任意の半波において、ヒータに対して通電オン後に通電オフすることと、通電オフ後に通電オンすることの両方の制御ができる。したがって、交流電圧をチョッパ制御する周波数（交流電圧の分周値）を任意に設定することができる。
（２）本発明によれば、交流電圧をチョッパ制御する周波数を任意に設定することができるため、法規、ガイドライン、その他の基準、或いは要請に応じて、このチョッパ制御の周波数を設定し、規制したい最大次数以下の高調波電流の発生を抑制することができる。
（３）高調波規制のガイドラインは、日本では、“ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”に規定され、国際的には、ＩＥＣ６１０００−３−２に規定され、欧州では“ＥＮ６１０００−３−２”に規定されている。“ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”によると、電源基本波に対して、高調波規制される最大次数は現在、“４０次”であり、４０次以下の高調波電流の抑制が要請されている。本発明者の知見によると、チョッパ制御の周波数±１の次数で、大きな高調波電流が発生する。よって、好ましくは、本発明の通電制御装置は、交流電圧を４２次以上の周波数でチョッパ制御することにより（交流電圧の一周期を４２以上に分周することにより）、４０次以下の高調波電流の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る温水便座装置の全体外観図である。
【図２】図１に示した温水便座装置の要部を示す部分図である。
【図３】本発明の一実施例に係る温水便座装置に適用されるヒータの通電制御装置の一例を説明するための等価回路図である。
【図４】比較例に係るヒータの通電制御装置を説明するための回路図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、図３に示した一実施例に係る通電制御装置の試験結果を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図４に示した比較例に係る通電制御装置の試験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例に係る温水便座装置に適用されるヒータの通電制御装置の他例を説明するための回路図である。
【図８】図３に示した通電制御装置による第１の通電制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８に示した第１の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、図８に示した第１の通電制御による試験結果を示すグラフである。
【図１１】図３に示した通電制御装置による第２の通電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示した第２の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１１に示した第２の通電制御による試験結果を示すグラフである。
【図１４】図３に示した通電制御装置による第３の通電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４に示した第３の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１４に示した第３の通電制御による試験結果を示すグラフである。
【図１７】図３に示した通電制御装置による第４の通電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１７に示した第４の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態において、前記所定の制御周波数は、目標とする高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数である。本発明者の知見によると、チョッパ制御の周波数±１の次数で、大きな高調波電流が発生するから、この形態によれば、目標とする高調波規制次数以下の高調波電流が抑制される。したがって、この形態によれば、特定次数以下の高調波電流を規制する種々のガイドラインを遵守することができる。
【００１５】
本発明の実施の形態において、前記通電制御装置は、前記交流電圧の半波毎に、前記所定の制御周波数を可変する。この形態によれば、ヒータの応答性が向上され、適温の温水を瞬間的に生成することが容易となる。
【００１６】
本発明の実施の形態において、前記通電制御装置は、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の第１の周波数によるチョッパ制御と、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数であって前記第１の周波数と異なる第２の周波数によるチョッパ制御と、を切り替える。この形態によれば、高調波電流が分散して発生し、特定次数において、大きな高調波電流が発生することが防止される。
【００１７】
本発明の実施の形態において、前記通電制御装置は、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の第３の周波数によるチョッパ制御と、前記高調波規制次数に１を減算した次数以下の第４の周波数によるチョッパ制御と、を切り替える。この形態によれば、高調波電流が分散して発生し、特定次数において、大きな高調波電流が発生することが防止されるとともに、第３の周波数によるチョッパ制御により特定次数以下の高調波電流が抑制され、第４の周波数によるチョッパ制御を含むことにより、通電オンオフによるスイッチング損失が低減される。
【００１８】
本発明の実施の形態において、前記通電制御装置は、前記交流電圧の立ち上がりと立ち下がりの両方のゼロクロスを検出する検出回路と、前記交流電圧が入力され、前記ヒータへの通電をオンオフするスイッチ回路と、前記検出回路の検出出力に基づいて前記スイッチ回路のオンオフを制御するコントローラと、を有する。前記スイッチ回路は、ダイオードブリッジ回路、トランジスタ、ＦＥＴなどから構成することができる。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る通電制御装置は、少なくとも、高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数による、交流電圧のチョッパ制御を実行し、これに加えて、他の周波数による、交流電圧のチョッパ制御を実行してもよい。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る通電制御装置は、導入される冷水の水温と、ヒータ加熱後の温水の水温と、流量とを検出し、両水温の差と流量に応じて、ヒータへの通電時間を短縮したり（低デューティ）、長くしたりする（高デューティ）、ＰＩＤ制御を実行する。本発明によれば、デューティを電源電圧の半波毎に可変することができる。
【実施例１】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る温水便座装置の全体外観図であり、図２は、図１に示した温水便座装置の要部を示す部分図である。
【００２２】
図１を参照すると、温水便座装置１０は、前部に配置された開閉自在な便座１１と、後部に配置された通電制御装置１と、を有している。図２を参照すると、通電制御装置１は、取入口１２から導入された冷水を瞬間的に加熱するヒータに対する通電を、水温センサなどのセンサ出力に基づいて制御する。これによって、温水便座装置１０は、適切な温度の温水をノズル１３から使用者の局部に向かって噴出することができる。次に、以上説明したような温水便座装置１０に搭載される、ヒータの通電制御装置１の一例を説明する。
【実施例２】
【００２３】
図３は、本発明の一実施例に係る温水便座装置に適用されるヒータの通電制御装置の一例を説明するための等価回路図である。図４は、比較例に係るヒータの通電制御装置を説明するための回路図である。
【００２４】
図３を参照すると、本実施例に係る通電制御装置１は、電源２から交流電圧が供給されて発熱するヒータ３への通電を制御するものであって、交流電圧の立ち上がりと立ち下がりの両方のゼロクロスを検出する検出回路４と、交流電圧が入力され、ヒータ３への通電をオンオフするスイッチ回路５と、検出回路４の検出出力に基づいてスイッチ回路５のオンオフを制御するコントローラ６と、を有している。通電制御装置１は、通電オンタイミングと通電オフタイミングを設定自在である点で、通電オンタイミングしか制御できないトライアックを用いた図４に示す通電制御装置と相違している。すなわち、通電制御装置１ないしコントローラ６は、ヒータ３への通電を、交流電圧のオンタイミングとオフタイミングの両方で制御自在であり、交流電圧を任意の制御周波数でチョッパ制御してヒータ３に供給することができる。スイッチ回路５は、アナログスイッチであって、ＦＥＴ、ダイオードブリッジ回路、トランジスタ等から構成することができる。
【００２５】
図３に示した通電制御装置１のスイッチ回路５は、図７に示すように構成してもよい。図７は、本発明の一実施例に係る温水便座装置に適用されるヒータの通電制御装置の他例を説明するための回路図である。図７を参照すると、この通電制御装置１のスイッチ回路５は、電源２とヒータ３の間に接続されたダイオードブリッジ回路５ａと、ヒータ３とダイオードブリッジ回路５ａとの間に接続され、コントローラ６から出力される制御信号に従って、ダイオードブリッジ回路５ａとヒータ３間の通電をオンオフするトランジスタ５ｂと、から構成されている。ダイオードブリッジ回路５ａは、電源２が出力する交流電圧を全波整流し、コントローラ６は、トランジスタ５ｂを介して整流後の電圧をチョッパ制御して、ヒータ３に印加する。
【００２６】
図４を参照すると、比較例に係る通電制御装置１０１は、電源１０２から交流電圧が供給されて発熱するヒータ１０３への通電を制御するものであって、交流電圧の立ち上がりのゼロクロスを検出する検出回路１０４と、ヒータ１０３に供給される電源電圧（交流）を位相制御してヒータ１０３への通電時間を制御するトライアック１０５と、トライアック１０５のオンタイミング（点弧角）をゆらぎ制御するコントローラ１０６と、を有している。なお、トライアック１０５は、オンタイミングでのみ制御可能であり、一旦オン（点弧）すると交流電圧がゼロになるまで、ヒータ１０３は通電され続ける。
【００２７】
図３及び図４に示した通電制御装置をそれぞれ用いて、下記の条件で通電試験を行い、高調波電流を測定した。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、図３に示した本実施例に係る通電制御装置の試験結果を示すグラフであり、図５（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図５（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図５（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。
【００２８】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、図４に示した比較例に係る通電制御装置の試験結果を示すグラフであり、図６（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図６（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図６（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。
【００２９】
なお、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）において、“次数”とは、電源周波数（６０Ｈｚ）の整数倍のことであり、折れ線で示す“ＪＩＳ限度値”とは、“ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”のガイドラインによる、各次数における高調波電流の大きさの規制目標値のことであり、棒線は、発生する高調波電流の大きさを示している。
【００３０】
また、図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）において、“Harmonic order”とは“次数”と同じく、電源周波数（６０Ｈｚ）の整数倍のことであり、折れ線で示す“ＩＥＣ limit”とは、“ＩＥＣ６１０００−３−２”のガイドラインによる、各次数における高調波電流の大きさの規制目標値のことであり、棒線は、発生する高調波電流の大きさを示している。
【００３１】
［試験条件］
・使用ヒータ：全波通電時１２００Ｗ。
・電源電圧：ＡＣ１００Ｖ（国内対応）又はＡＣ２３０ボルト（欧州対応）。
・図３の本実施例に係る通電制御装置の場合、電源電圧（交流電圧）を８分周した。
・図４のトライアックを用いた比較例に係る通電制御装置の場合、電源電圧が最大となる位相でトライアックをオンした（２分周、５０％出力駆動）。
【００３２】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照すると、電源電圧を８分周するチョッパ制御を行った場合、８−１＝７以下の次数で高調波電流が小さくなるとともに、ｎは１以上の整数と定義すると、（８×（２ｎ−１））±１の次数で高調波電流が大きくなっている。
【００３３】
また、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照すると、電源電圧をトライアックで２分周した場合、低次数でも大きな高調波電流が発生し、又奇数の次数で高調波電流が大きくなっている。
【００３４】
以上より、電源電圧一周期において、二つの半波が基本的に対称に制御された場合（絶対値でみて、二つの半波が同一の場合）、（チョッパ制御周波数／電源周波数）±１次の高調波電流が特に大きくなり、他の次数の高調波電流は比較的低くなることがわかった。
【００３５】
よって、本実施例に係る通電制御装置は、電源電圧を任意に分周することができるため、特定次数以下の高調波電流を抑制することができると考えられる。これに対して、比較例のように、トライアックを用いると、２分周以上の分周ができないため、３次の高調波電流も抑制することが困難である。
【００３６】
そこで、次の実施例においては、ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”のガイドラインによる高調波規制の最大次数が“４０次”であることから、電源電圧（交流電圧）を４２分周、すなわち、ヒータへ供給される電圧を６０Ｈｚ×４２の制御周波数でチョッパ制御して通電を行った（第１の通電制御）。
【実施例３】
【００３７】
図８は、図３に示した通電制御装置による第１の通電制御（温水制御）を説明するためのフローチャートである。図９は、図８に示した第１の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【００３８】
図３及び図８を参照すると、通電制御装置１のコントローラ６は、ステップＳ１で電源周波数、例えば、６０Ｈｚを確認し、ステップＳ２でチョッパ制御の周波数として、６０Ｈｚ×４２分周を設定する。ステップＳ３で、利用者が洗浄開始を指令すると、コントローラ６は、ステップＳ４で、図１に示した温水便座装置１０に付設され、ヒータ加熱前後の水温を測定する温度センサが出力する信号を読み込み、ステップＳ５で、水温に応じて、チョッパ制御のデューティ（通電時間）、例えば、５０％を設定する。ステップＳ６で、検出回路４が、電源電圧の立ち上がりを検出すると（立下りを検出してもよい）、ステップＳ７で、コントローラ６は、図９に示すように、６０Ｈｚ×４２分周かつデューティ５０％で電源電圧をチョッパ制御して、ヒータ３へ通電する（図９中の負荷電流参照）。ステップＳ８で、利用者が洗浄終了を指令すると、ステップＳ９で、コントローラ６は、デューティを０％にして、ヒータ３への通電を停止する。
【００３９】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、図８に示した本発明の一実施例に係る第１の通電制御による試験結果を示すグラフであり、図１０（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図１０（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図１０（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。本実施例の試験条件は下記のとおりである。
【００４０】
［試験条件］
・使用ヒータ：全波通電時１２００Ｗ。
・電源電圧：ＡＣ１００Ｖ（国内対応）又はＡＣ２３０ボルト（欧州対応）。
【００４１】
図１０（Ｂ）又は図１０（Ｃ）を参照すると、電源電圧を４２分周するチョッパ制御を行った場合、ＪＩＳ又はＩＥＣのガイドラインの規制対象となる２次〜４０次で、発生する高調波電流の大きさは、規制値以下に抑制され、規制をクリアしている。つまり、一般的な温水洗浄便座の場合、電源周波数×４２次以上の周波数でチョッパ制御することにより、高調波規制をクリアできることがわかる。したがって、本実施例の制御によれば、高調波規制はクリアされるので、通電制御を水温のみに基づいて実行することができる。
【実施例４】
【００４２】
図１１は、図３に示した通電制御装置による第２の通電制御（温水制御）を説明するためのフローチャートである。図１２は、図１１に示した第２の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【００４３】
図３及び図１１を参照すると、通電制御装置１のコントローラ６は、ステップＳ１で電源周波数、例えば、６０Ｈｚを確認し、ステップＳ２でチョッパ制御の周波数の初期値として、６０Ｈｚ×２分周（第４の周波数）を設定し、ステップＳ３で、カウンタｎをゼロにする。ステップＳ４で、利用者が洗浄開始を指令すると、コントローラ６は、ステップＳ５で、図１に示した温水便座装置１０に付設され、ヒータ加熱前後の水温を測定する温度センサが出力する信号を読み込み、ステップＳ６で、水温に応じて、チョッパ制御のデューティ（通電時間）、例えば、５０％を設定する。ステップＳ７で、検出回路４が、電源電圧の立ち上がりを検出すると（立下りを検出してもよい）、コントローラ６は、ステップＳ８でデューティ５０％をセットし、ステップＳ９で、カウンタｎ＝０の場合、ステップＳ１０に移行して、図１２中右側に示すように、６０Ｈｚ×４２分周（第３の周波数）かつデューティ５０％で電源電圧をチョッパ制御して、ヒータ３へ通電し（図１２中の負荷電流参照）、一方、ステップＳ９で、カウンタｎ＝１の場合、ステップＳ１１に移行して、図１２中左側に示すように、６０Ｈｚ×２分周（第４の周波数）かつデューティ５０％で電源電圧をチョッパ制御して、ヒータ３へ通電する。ステップＳ１０又はＳ１１に続いて、ステップＳ１２で、カウンタはインクリメントされる。コントローラ６は、ステップＳ１３で、カウンタｎ＝２かどうか判定し、すなわち、規定した一サイクル（図１２の場合は電源電圧２周期）が経過したどうか判定する。経過しているならば、ステップＳ１４で、カウンタｎはクリアされてゼロとされて、制御はステップＳ１５に移行される。一方、途中であれば、制御は、ステップＳ１５に移行する。ステップ１５で、利用者が洗浄終了を指令すると、ステップＳ１６で、コントローラ６は、デューティを０％にして、ヒータ３への通電を停止する。
【００４４】
図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、図１１に示した本発明の一実施例に係る第２の通電制御による試験結果を示すグラフであり、図１３（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図１３（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図１３（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。本実施例の試験条件は下記のとおりである。
【００４５】
［試験条件］
・使用ヒータ：全波通電時１２００Ｗ。
・電源電圧：ＡＣ１００Ｖ（国内対応）又はＡＣ２３０ボルト（欧州対応）。
【００４６】
図１３（Ｂ）又は図１３（Ｃ）を参照すると、電源電圧を４２分周するチョッパ制御と２分周するチョッパ制御を組み合わせて実行した場合、ＪＩＳ又はＩＥＣのガイドラインの規制対象となる２次〜４０次で、発生する高調波電流の大きさは、総量で、規制値以下に抑制され、規制をクリアしている。つまり、一般的な温水洗浄便座の場合、電源周波数×４２次以上の周波数でのチョッパ制御と、スイッチング損失が少ないそれ以下の周波数、例えば、電源周波数×２次の周波数でのチョッパ制御と、を組み合わせることにより、高調波規制をクリアするとともに、通電効率も向上できることがわかる。
【００４７】
さらに、本実施例の効果を例示する。
（１）次数に対して、高調波電流ないし可聴域の音圧レベルが分散される。
（２）半導体素子のスイッチング損失が低減される。
（３）４１及び４３次の高調波電流が軽減される。
（４）スイッチング回数が減少する分、放射電磁ノイズも低減される。
【実施例５】
【００４８】
図１４は、図３に示した通電制御装置による第３の通電制御（温水制御）を説明するためのフローチャートである。図１５は、図１４に示した第３の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【００４９】
本実施例の説明においては、前記実施例４との相違点について主として説明し、本実施例が前記実施例４と共通している点については、適宜、前記実施例４の記載を参照することができるものとする。
【００５０】
前記実施例４においては、電源周波数×４２次の周波数でのチョッパ制御と、電源周波数×２次の周波数でのチョッパ制御と、を組み合わせたが、本実施例においては、図１４のステップＳ１０及びＳ１１、又は図１５に示すように、電源周波数×４２次の周波数（第１の周波数）でのチョッパ制御と、電源周波数×４８次の周波数（第２の周波数）でのチョッパ制御と、を組み合わせる。
【００５１】
図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、図１４に示した本発明の一実施例に係る第３の通電制御による試験結果を示すグラフであり、図１６（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図１６（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図１６（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。本実施例の試験条件は下記のとおりである。
【００５２】
［試験条件］
・使用ヒータ：全波通電時１２００Ｗ。
・電源電圧：ＡＣ１００Ｖ（国内対応）又はＡＣ２３０ボルト（欧州対応）。
【００５３】
図１６（Ｂ）又は図１６（Ｃ）を参照すると、電源電圧を４２分周又は４８分周するチョッパ制御を組み合わせて繰り返し制御を行った場合、ＪＩＳ又はＩＥＣのガイドラインの規制対象となる２次〜４０次で、発生する高調波電流の大きさは、総量で、規制値以下に抑制され、規制をクリアしている。さらに、電源電圧を４２分周するチョッパ制御のみを行った場合（図１０（Ｂ）参照）と対比すると、４１次及び４３次の高調波電流が小さくなり、高調波電流が分散して発生していることがわかる。
【実施例６】
【００５４】
図１７は、図３に示した通電制御装置による第４の通電制御（温水制御）を説明するためのフローチャートである。図１８は、図１７に示した第４の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【００５５】
本実施例の説明においては、前記実施例４との相違点について主として説明し、本実施例が前記実施例４と共通している点については、適宜、前記実施例４の記載を参照することができるものとする。
【００５６】
前記実施例４においては、電源電圧の一周期、すなわち全波毎に、電源周波数×４２次の周波数でのチョッパ制御と、電源周波数×２次の周波数でのチョッパ制御と、を組み合わせたが、本実施例においては、図１７のステップＳ７、Ｓ１０及びＳ１１、又は図１５に示すように、半波毎に、電源周波数×８次の周波数でのチョッパ制御と、電源周波数×４２次の周波数でのチョッパ制御と、を組み合わせる。
【００５７】
本実施例によれば、半波毎にチョッパ制御の内容を可変することができるため、応答性の高いヒータの通電制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、温水便座装置に利用され、特に、ヒータにより温水を瞬間的に加熱して局部に噴射する温水便座装置、及び／又は、便座を使用時に瞬間的に加熱する温水便座装置に利用される。
【符号の説明】
【００５９】
１ 通電制御装置
２ 電源（交流電源）
３ ヒータ
４ 検出回路（立ち上がり及び立下りゼロクロス検出回路）
５ スイッチ回路（アナログスイッチ）
５ａ ダイオードブリッジ回路
５ｂ トランジスタ
６ コントローラ
１０ 温水便座装置
１１ 便座
１２ 取入口
１３ ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水便座装置に関し、特に、ヒータにより温水を瞬間的に加熱して局部に噴射する温水便座装置、中でも、そのヒータの通電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温水便座装置には、給湯タンクを持たず、冷水をヒータにより瞬間的に加熱して、温水をノズルから局部に噴出するタイプのものがある。この瞬間給湯タイプの温水便座装置は、冷水の予熱が不要であるため電力消費量が少なく、又給湯タンクを持たないため装置をコンパクトに構成できるという利点がある。
【０００３】
特許文献１には、ヒータと、ヒータに供給される電源電圧（交流）を位相制御してヒータへの通電時間を制御するトライアックと、ヒータ通過前後の水温を検出する温度センサと、温度センサの検出出力に基づいてトライアックのオンタイミング（点弧角）をゆらぎ制御する制御部と、を備えた、温水便座装置が開示されている。なお、トライアックは、オンタイミングでのみ制御可能であり、一旦オン（点弧）すると交流電圧がゼロになるまで、ヒータは通電され続ける。
【０００４】
特許文献１に係る発明によれば、トライアックのオンタイミングを一周期毎に、微妙に変化させることにより、通電に伴って発生する高周波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化して、飛びぬけて大きな高調波電流が発生しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４０００７号公報（図５参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
“ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”等に示されている高調波規制のガイドラインによれば、２次から４０次（電源電圧の２倍から４０倍までの周波数）までの高調波電流を抑制することが求められている。しかしながら、特許文献１の発明によれば、オンタイミングでのみ制御可能なトライアックを用いているため、このガイドラインを十分に遵守することが困難である。その理由を以下に説明する。
【０００７】
特許文献１の発明のように、トライアックを用いた場合、電源電圧の一周期を二分周（二次で制御）することしかできない。本発明者の知見によれば、電源電圧を分周した場合、（分周した周波数／電源周波数）±１次の高調波電流が、著しく大きくなることがわかった。したがって、特許文献１の発明によれば、特に、電源電圧が高いタイミングでトライアックがオンされた場合、低い次数で大きな高調波電流が発生して、上記ガイドラインを十分に遵守することが困難となる。
【０００８】
また、省エネルギーのため、温水を予め貯留しておかず、使用時に温水を生成する温水便座装置においては、きわめて短時間に、適温の温水を生成する必要がある。使用者の局部に噴射させる温水が適温でなければ、使用者に不快感を与えることになるからである。
【０００９】
しかしながら、特許文献１の発明によれば、電源電圧の一周期を経なければ、トライアックのオンタイミングを変化させて、通電率（デューティ）を変えることができないため、瞬間的に適温の温水を生成することが困難な場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、所定次数の高調波電流を抑制することができるヒータの通電制御装置、特に、それを備えた温水便座装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、応答性に優れ瞬間加熱に適したヒータの通電制御装置、特に、それを備えた温水便座装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるヒータへの通電を制御する通電制御装置は、交流電圧が供給されて発熱するヒータを有する温水便座装置、特に、瞬間的に水を加熱して温水を生成する温水便座装置に好適に適用される。本発明は、第１の視点において、前記ヒータへの通電を、前記交流電圧のオンタイミングとオフタイミングの両方で制御自在であり、前記交流電圧を所定の制御周波数でチョッパ制御して前記ヒータに供給する、通電制御装置を提供する。なお、本発明において、交流電圧とは、交流及びそれを整流した後の電圧を含むものであり、代表的には、商用電源から供給される交流電圧である。
【発明の効果】
【００１２】
（１）本発明によれば、任意の半波において、ヒータに対して通電オン後に通電オフすることと、通電オフ後に通電オンすることの両方の制御ができる。したがって、交流電圧をチョッパ制御する周波数（交流電圧の分周値）を任意に設定することができる。
（２）本発明によれば、交流電圧をチョッパ制御する周波数を任意に設定することができるため、法規、ガイドライン、その他の基準、或いは要請に応じて、このチョッパ制御の周波数を設定し、規制したい最大次数以下の高調波電流の発生を抑制することができる。
（３）高調波規制のガイドラインは、日本では、“ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”に規定され、国際的には、ＩＥＣ６１０００−３−２に規定され、欧州では“ＥＮ６１０００−３−２”に規定されている。“ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”によると、電源基本波に対して、高調波規制される最大次数は現在、“４０次”であり、４０次以下の高調波電流の抑制が要請されている。本発明者の知見によると、チョッパ制御の周波数±１の次数で、大きな高調波電流が発生する。よって、好ましくは、本発明の通電制御装置は、交流電圧を４２次以上の周波数でチョッパ制御することにより（交流電圧の一周期を４２以上に分周することにより）、４０次以下の高調波電流の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る温水便座装置の全体外観図である。
【図２】図１に示した温水便座装置の要部を示す部分図である。
【図３】本発明の一実施例に係る温水便座装置に適用されるヒータの通電制御装置の一例を説明するための等価回路図である。
【図４】比較例に係るヒータの通電制御装置を説明するための回路図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、図３に示した一実施例に係る通電制御装置の試験結果を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図４に示した比較例に係る通電制御装置の試験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例に係る温水便座装置に適用されるヒータの通電制御装置の他例を説明するための回路図である。
【図８】図３に示した通電制御装置による第１の通電制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８に示した第１の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、図８に示した第１の通電制御による試験結果を示すグラフである。
【図１１】図３に示した通電制御装置による第２の通電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示した第２の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１１に示した第２の通電制御による試験結果を示すグラフである。
【図１４】図３に示した通電制御装置による第３の通電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４に示した第３の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１４に示した第３の通電制御による試験結果を示すグラフである。
【図１７】図３に示した通電制御装置による第４の通電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１７に示した第４の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態において、前記所定の制御周波数は、目標とする高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数である。本発明者の知見によると、チョッパ制御の周波数±１の次数で、大きな高調波電流が発生するから、この形態によれば、目標とする高調波規制次数以下の高調波電流が抑制される。したがって、この形態によれば、特定次数以下の高調波電流を規制する種々のガイドラインを遵守することができる。
【００１５】
本発明の実施の形態において、前記通電制御装置は、前記交流電圧の半波毎に、前記所定の制御周波数を可変する。この形態によれば、ヒータの応答性が向上され、適温の温水を瞬間的に生成することが容易となる。
【００１６】
本発明の実施の形態において、前記通電制御装置は、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の第１の周波数によるチョッパ制御と、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数であって前記第１の周波数と異なる第２の周波数によるチョッパ制御と、を切り替える。この形態によれば、高調波電流が分散して発生し、特定次数において、大きな高調波電流が発生することが防止される。
【００１７】
本発明の実施の形態において、前記通電制御装置は、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の第３の周波数によるチョッパ制御と、前記高調波規制次数に１を減算した次数以下の第４の周波数によるチョッパ制御と、を切り替える。この形態によれば、高調波電流が分散して発生し、特定次数において、大きな高調波電流が発生することが防止されるとともに、第３の周波数によるチョッパ制御により特定次数以下の高調波電流が抑制され、第４の周波数によるチョッパ制御を含むことにより、通電オンオフによるスイッチング損失が低減される。
【００１８】
本発明の実施の形態において、前記通電制御装置は、前記交流電圧の立ち上がりと立ち下がりの両方のゼロクロスを検出する検出回路と、前記交流電圧が入力され、前記ヒータへの通電をオンオフするスイッチ回路と、前記検出回路の検出出力に基づいて前記スイッチ回路のオンオフを制御するコントローラと、を有する。前記スイッチ回路は、ダイオードブリッジ回路、トランジスタ、ＦＥＴなどから構成することができる。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る通電制御装置は、少なくとも、高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数による、交流電圧のチョッパ制御を実行し、これに加えて、他の周波数による、交流電圧のチョッパ制御を実行してもよい。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る通電制御装置は、導入される冷水の水温と、ヒータ加熱後の温水の水温と、流量とを検出し、両水温の差と流量に応じて、ヒータへの通電時間を短縮したり（低デューティ）、長くしたりする（高デューティ）、ＰＩＤ制御を実行する。本発明によれば、デューティを電源電圧の半波毎に可変することができる。
【実施例１】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る温水便座装置の全体外観図であり、図２は、図１に示した温水便座装置の要部を示す部分図である。
【００２２】
図１を参照すると、温水便座装置１０は、前部に配置された開閉自在な便座１１と、後部に配置された通電制御装置１と、を有している。図２を参照すると、通電制御装置１は、取入口１２から導入された冷水を瞬間的に加熱するヒータに対する通電を、水温センサなどのセンサ出力に基づいて制御する。これによって、温水便座装置１０は、適切な温度の温水をノズル１３から使用者の局部に向かって噴出することができる。次に、以上説明したような温水便座装置１０に搭載される、ヒータの通電制御装置１の一例を説明する。
【実施例２】
【００２３】
図３は、本発明の一実施例に係る温水便座装置に適用されるヒータの通電制御装置の一例を説明するための等価回路図である。図４は、比較例に係るヒータの通電制御装置を説明するための回路図である。
【００２４】
図３を参照すると、本実施例に係る通電制御装置１は、電源２から交流電圧が供給されて発熱するヒータ３への通電を制御するものであって、交流電圧の立ち上がりと立ち下がりの両方のゼロクロスを検出する検出回路４と、交流電圧が入力され、ヒータ３への通電をオンオフするスイッチ回路５と、検出回路４の検出出力に基づいてスイッチ回路５のオンオフを制御するコントローラ６と、を有している。通電制御装置１は、通電オンタイミングと通電オフタイミングを設定自在である点で、通電オンタイミングしか制御できないトライアックを用いた図４に示す通電制御装置と相違している。すなわち、通電制御装置１ないしコントローラ６は、ヒータ３への通電を、交流電圧のオンタイミングとオフタイミングの両方で制御自在であり、交流電圧を任意の制御周波数でチョッパ制御してヒータ３に供給することができる。スイッチ回路５は、アナログスイッチであって、ＦＥＴ、ダイオードブリッジ回路、トランジスタ等から構成することができる。
【００２５】
図３に示した通電制御装置１のスイッチ回路５は、図７に示すように構成してもよい。図７は、本発明の一実施例に係る温水便座装置に適用されるヒータの通電制御装置の他例を説明するための回路図である。図７を参照すると、この通電制御装置１のスイッチ回路５は、電源２とヒータ３の間に接続されたダイオードブリッジ回路５ａと、ヒータ３とダイオードブリッジ回路５ａとの間に接続され、コントローラ６から出力される制御信号に従って、ダイオードブリッジ回路５ａとヒータ３間の通電をオンオフするトランジスタ５ｂと、から構成されている。ダイオードブリッジ回路５ａは、電源２が出力する交流電圧を全波整流し、コントローラ６は、トランジスタ５ｂを介して整流後の電圧をチョッパ制御して、ヒータ３に印加する。
【００２６】
図４を参照すると、比較例に係る通電制御装置１０１は、電源１０２から交流電圧が供給されて発熱するヒータ１０３への通電を制御するものであって、交流電圧の立ち上がりのゼロクロスを検出する検出回路１０４と、ヒータ１０３に供給される電源電圧（交流）を位相制御してヒータ１０３への通電時間を制御するトライアック１０５と、トライアック１０５のオンタイミング（点弧角）をゆらぎ制御するコントローラ１０６と、を有している。なお、トライアック１０５は、オンタイミングでのみ制御可能であり、一旦オン（点弧）すると交流電圧がゼロになるまで、ヒータ１０３は通電され続ける。
【００２７】
図３及び図４に示した通電制御装置をそれぞれ用いて、下記の条件で通電試験を行い、高調波電流を測定した。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、図３に示した本実施例に係る通電制御装置の試験結果を示すグラフであり、図５（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図５（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図５（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。
【００２８】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、図４に示した比較例に係る通電制御装置の試験結果を示すグラフであり、図６（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図６（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図６（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。
【００２９】
なお、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）において、“次数”とは、電源周波数（６０Ｈｚ）の整数倍のことであり、折れ線で示す“ＪＩＳ限度値”とは、“ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”のガイドラインによる、各次数における高調波電流の大きさの規制目標値のことであり、棒線は、発生する高調波電流の大きさを示している。
【００３０】
また、図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）において、“Harmonic order”とは“次数”と同じく、電源周波数（６０Ｈｚ）の整数倍のことであり、折れ線で示す“ＩＥＣ limit”とは、“ＩＥＣ６１０００−３−２”のガイドラインによる、各次数における高調波電流の大きさの規制目標値のことであり、棒線は、発生する高調波電流の大きさを示している。
【００３１】
［試験条件］
・使用ヒータ：全波通電時１２００Ｗ。
・電源電圧：ＡＣ１００Ｖ（国内対応）又はＡＣ２３０ボルト（欧州対応）。
・図３の本実施例に係る通電制御装置の場合、電源電圧（交流電圧）を８分周した。
・図４のトライアックを用いた比較例に係る通電制御装置の場合、電源電圧が最大となる位相でトライアックをオンした（２分周、５０％出力駆動）。
【００３２】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照すると、電源電圧を８分周するチョッパ制御を行った場合、８−１＝７以下の次数で高調波電流が小さくなるとともに、ｎは１以上の整数と定義すると、（８×（２ｎ−１））±１の次数で高調波電流が大きくなっている。
【００３３】
また、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照すると、電源電圧をトライアックで２分周した場合、低次数でも大きな高調波電流が発生し、又奇数の次数で高調波電流が大きくなっている。
【００３４】
以上より、電源電圧一周期において、二つの半波が基本的に対称に制御された場合（絶対値でみて、二つの半波が同一の場合）、（チョッパ制御周波数／電源周波数）±１次の高調波電流が特に大きくなり、他の次数の高調波電流は比較的低くなることがわかった。
【００３５】
よって、本実施例に係る通電制御装置は、電源電圧を任意に分周することができるため、特定次数以下の高調波電流を抑制することができると考えられる。これに対して、比較例のように、トライアックを用いると、２分周以上の分周ができないため、３次の高調波電流も抑制することが困難である。
【００３６】
そこで、次の実施例においては、ＪＩＳ Ｃ ６１０００−３−２”のガイドラインによる高調波規制の最大次数が“４０次”であることから、電源電圧（交流電圧）を４２分周、すなわち、ヒータへ供給される電圧を６０Ｈｚ×４２の制御周波数でチョッパ制御して通電を行った（第１の通電制御）。
【実施例３】
【００３７】
図８は、図３に示した通電制御装置による第１の通電制御（温水制御）を説明するためのフローチャートである。図９は、図８に示した第１の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【００３８】
図３及び図８を参照すると、通電制御装置１のコントローラ６は、ステップＳ１で電源周波数、例えば、６０Ｈｚを確認し、ステップＳ２でチョッパ制御の周波数として、６０Ｈｚ×４２分周を設定する。ステップＳ３で、利用者が洗浄開始を指令すると、コントローラ６は、ステップＳ４で、図１に示した温水便座装置１０に付設され、ヒータ加熱前後の水温を測定する温度センサが出力する信号を読み込み、ステップＳ５で、水温に応じて、チョッパ制御のデューティ（通電時間）、例えば、５０％を設定する。ステップＳ６で、検出回路４が、電源電圧の立ち上がりを検出すると（立下りを検出してもよい）、ステップＳ７で、コントローラ６は、図９に示すように、６０Ｈｚ×４２分周かつデューティ５０％で電源電圧をチョッパ制御して、ヒータ３へ通電する（図９中の負荷電流参照）。ステップＳ８で、利用者が洗浄終了を指令すると、ステップＳ９で、コントローラ６は、デューティを０％にして、ヒータ３への通電を停止する。
【００３９】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、図８に示した本発明の一実施例に係る第１の通電制御による試験結果を示すグラフであり、図１０（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図１０（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図１０（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。本実施例の試験条件は下記のとおりである。
【００４０】
［試験条件］
・使用ヒータ：全波通電時１２００Ｗ。
・電源電圧：ＡＣ１００Ｖ（国内対応）又はＡＣ２３０ボルト（欧州対応）。
【００４１】
図１０（Ｂ）又は図１０（Ｃ）を参照すると、電源電圧を４２分周するチョッパ制御を行った場合、ＪＩＳ又はＩＥＣのガイドラインの規制対象となる２次〜４０次で、発生する高調波電流の大きさは、規制値以下に抑制され、規制をクリアしている。つまり、一般的な温水洗浄便座の場合、電源周波数×４２次以上の周波数でチョッパ制御することにより、高調波規制をクリアできることがわかる。したがって、本実施例の制御によれば、高調波規制はクリアされるので、通電制御を水温のみに基づいて実行することができる。
【実施例４】
【００４２】
図１１は、図３に示した通電制御装置による第２の通電制御（温水制御）を説明するためのフローチャートである。図１２は、図１１に示した第２の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【００４３】
図３及び図１１を参照すると、通電制御装置１のコントローラ６は、ステップＳ１で電源周波数、例えば、６０Ｈｚを確認し、ステップＳ２でチョッパ制御の周波数の初期値として、６０Ｈｚ×２分周（第４の周波数）を設定し、ステップＳ３で、カウンタｎをゼロにする。ステップＳ４で、利用者が洗浄開始を指令すると、コントローラ６は、ステップＳ５で、図１に示した温水便座装置１０に付設され、ヒータ加熱前後の水温を測定する温度センサが出力する信号を読み込み、ステップＳ６で、水温に応じて、チョッパ制御のデューティ（通電時間）、例えば、５０％を設定する。ステップＳ７で、検出回路４が、電源電圧の立ち上がりを検出すると（立下りを検出してもよい）、コントローラ６は、ステップＳ８でデューティ５０％をセットし、ステップＳ９で、カウンタｎ＝０の場合、ステップＳ１０に移行して、図１２中右側に示すように、６０Ｈｚ×４２分周（第３の周波数）かつデューティ５０％で電源電圧をチョッパ制御して、ヒータ３へ通電し（図１２中の負荷電流参照）、一方、ステップＳ９で、カウンタｎ＝１の場合、ステップＳ１１に移行して、図１２中左側に示すように、６０Ｈｚ×２分周（第４の周波数）かつデューティ５０％で電源電圧をチョッパ制御して、ヒータ３へ通電する。ステップＳ１０又はＳ１１に続いて、ステップＳ１２で、カウンタはインクリメントされる。コントローラ６は、ステップＳ１３で、カウンタｎ＝２かどうか判定し、すなわち、規定した一サイクル（図１２の場合は電源電圧２周期）が経過したどうか判定する。経過しているならば、ステップＳ１４で、カウンタｎはクリアされてゼロとされて、制御はステップＳ１５に移行される。一方、途中であれば、制御は、ステップＳ１５に移行する。ステップ１５で、利用者が洗浄終了を指令すると、ステップＳ１６で、コントローラ６は、デューティを０％にして、ヒータ３への通電を停止する。
【００４４】
図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、図１１に示した本発明の一実施例に係る第２の通電制御による試験結果を示すグラフであり、図１３（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図１３（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図１３（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。本実施例の試験条件は下記のとおりである。
【００４５】
［試験条件］
・使用ヒータ：全波通電時１２００Ｗ。
・電源電圧：ＡＣ１００Ｖ（国内対応）又はＡＣ２３０ボルト（欧州対応）。
【００４６】
図１３（Ｂ）又は図１３（Ｃ）を参照すると、電源電圧を４２分周するチョッパ制御と２分周するチョッパ制御を組み合わせて実行した場合、ＪＩＳ又はＩＥＣのガイドラインの規制対象となる２次〜４０次で、発生する高調波電流の大きさは、総量で、規制値以下に抑制され、規制をクリアしている。つまり、一般的な温水洗浄便座の場合、電源周波数×４２次以上の周波数でのチョッパ制御と、スイッチング損失が少ないそれ以下の周波数、例えば、電源周波数×２次の周波数でのチョッパ制御と、を組み合わせることにより、高調波規制をクリアするとともに、通電効率も向上できることがわかる。
【００４７】
さらに、本実施例の効果を例示する。
（１）次数に対して、高調波電流ないし可聴域の音圧レベルが分散される。
（２）半導体素子のスイッチング損失が低減される。
（３）４１及び４３次の高調波電流が軽減される。
（４）スイッチング回数が減少する分、放射電磁ノイズも低減される。
【実施例５】
【００４８】
図１４は、図３に示した通電制御装置による第３の通電制御（温水制御）を説明するためのフローチャートである。図１５は、図１４に示した第３の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【００４９】
本実施例の説明においては、前記実施例４との相違点について主として説明し、本実施例が前記実施例４と共通している点については、適宜、前記実施例４の記載を参照することができるものとする。
【００５０】
前記実施例４においては、電源周波数×４２次の周波数でのチョッパ制御と、電源周波数×２次の周波数でのチョッパ制御と、を組み合わせたが、本実施例においては、図１４のステップＳ１０及びＳ１１、又は図１５に示すように、電源周波数×４２次の周波数（第１の周波数）でのチョッパ制御と、電源周波数×４８次の周波数（第２の周波数）でのチョッパ制御と、を組み合わせる。
【００５１】
図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、図１４に示した本発明の一実施例に係る第３の通電制御による試験結果を示すグラフであり、図１６（Ａ）は、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示し、図１６（Ｂ）は、ＡＣ１００Ｖの場合に発生する高調波電流を示し、図１６（Ｃ）は、ＡＣ２３０Ｖの場合に発生する高調波電流を示している。本実施例の試験条件は下記のとおりである。
【００５２】
［試験条件］
・使用ヒータ：全波通電時１２００Ｗ。
・電源電圧：ＡＣ１００Ｖ（国内対応）又はＡＣ２３０ボルト（欧州対応）。
【００５３】
図１６（Ｂ）又は図１６（Ｃ）を参照すると、電源電圧を４２分周又は４８分周するチョッパ制御を組み合わせて繰り返し制御を行った場合、ＪＩＳ又はＩＥＣのガイドラインの規制対象となる２次〜４０次で、発生する高調波電流の大きさは、総量で、規制値以下に抑制され、規制をクリアしている。さらに、電源電圧を４２分周するチョッパ制御のみを行った場合（図１０（Ｂ）参照）と対比すると、４１次及び４３次の高調波電流が小さくなり、高調波電流が分散して発生していることがわかる。
【実施例６】
【００５４】
図１７は、図３に示した通電制御装置による第４の通電制御（温水制御）を説明するためのフローチャートである。図１８は、図１７に示した第４の通電制御による、電源電圧とヒータに通電される負荷電流の位相関係を示す模式図である。
【００５５】
本実施例の説明においては、前記実施例４との相違点について主として説明し、本実施例が前記実施例４と共通している点については、適宜、前記実施例４の記載を参照することができるものとする。
【００５６】
前記実施例４においては、電源電圧の一周期、すなわち全波毎に、電源周波数×４２次の周波数でのチョッパ制御と、電源周波数×２次の周波数でのチョッパ制御と、を組み合わせたが、本実施例においては、図１７のステップＳ７、Ｓ１０及びＳ１１、又は図１５に示すように、半波毎に、電源周波数×８次の周波数でのチョッパ制御と、電源周波数×４２次の周波数でのチョッパ制御と、を組み合わせる。
【００５７】
本実施例によれば、半波毎にチョッパ制御の内容を可変することができるため、応答性の高いヒータの通電制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、温水便座装置に利用され、特に、ヒータにより温水を瞬間的に加熱して局部に噴射する温水便座装置、及び／又は、便座を使用時に瞬間的に加熱する温水便座装置に利用される。
【符号の説明】
【００５９】
１ 通電制御装置
２ 電源（交流電源）
３ ヒータ
４ 検出回路（立ち上がり及び立下りゼロクロス検出回路）
５ スイッチ回路（アナログスイッチ）
５ａ ダイオードブリッジ回路
５ｂ トランジスタ
６ コントローラ
１０ 温水便座装置
１１ 便座
１２ 取入口
１３ ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧が供給されて発熱するヒータと、前記ヒータへの通電を制御する通電制御装置と、を有する、温水便座装置であって、
前記通電制御装置は、
前記ヒータへの通電を、前記交流電圧のオンタイミングとオフタイミングの両方で制御自在であること、及び、
前記交流電圧を所定の制御周波数でチョッパ制御して前記ヒータに供給すること、
を特徴とする温水便座装置。
【請求項２】
前記所定の制御周波数は、目標とする高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数である、ことを特徴とする請求項１記載の温水便座装置。
【請求項３】
前記通電制御装置は、前記所定の制御周波数を可変する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の温水便座装置。
【請求項４】
前記通電制御装置は、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の第１の周波数によるチョッパ制御と、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数であって前記第１の周波数と異なる第２の周波数によるチョッパ制御と、を切替自在である、ことを特徴とする請求項３記載の温水便座装置。
【請求項５】
前記通電制御装置は、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の第３の周波数によるチョッパ制御と、前記高調波規制次数に１を減算した次数以下の第４の周波数によるチョッパ制御と、を切り替える、ことを特徴とする請求項３記載の温水便座装置。
【請求項６】
前記通電制御装置は、前記交流電圧の半波又は全波毎に、前記所定の制御周波数を可変する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一記載の温水便座装置。
【請求項７】
前記通電制御装置は、
前記交流電圧の立ち上がりと立ち下がりの両方のゼロクロスを検出する検出回路と、
前記交流電圧が入力され、前記ヒータへの通電をオンオフするスイッチ回路と、
前記検出回路の検出出力に基づいて前記スイッチ回路のオンオフを制御するコントローラと、
を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一記載の温水便座装置。
【請求項１】
交流電圧が供給されて発熱するヒータと、前記ヒータへの通電を制御する通電制御装置と、を有する、温水便座装置であって、
前記通電制御装置は、
前記ヒータへの通電を、前記交流電圧のオンタイミングとオフタイミングの両方で制御自在であること、及び、
前記交流電圧を所定の制御周波数でチョッパ制御して前記ヒータに供給すること、
を特徴とする温水便座装置。
【請求項２】
前記所定の制御周波数は、目標とする高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数である、ことを特徴とする請求項１記載の温水便座装置。
【請求項３】
前記通電制御装置は、前記所定の制御周波数を可変する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の温水便座装置。
【請求項４】
前記通電制御装置は、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の第１の周波数によるチョッパ制御と、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の周波数であって前記第１の周波数と異なる第２の周波数によるチョッパ制御と、を切替自在である、ことを特徴とする請求項３記載の温水便座装置。
【請求項５】
前記通電制御装置は、前記高調波規制次数に２を加算した次数以上の第３の周波数によるチョッパ制御と、前記高調波規制次数に１を減算した次数以下の第４の周波数によるチョッパ制御と、を切り替える、ことを特徴とする請求項３記載の温水便座装置。
【請求項６】
前記通電制御装置は、前記交流電圧の半波又は全波毎に、前記所定の制御周波数を可変する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一記載の温水便座装置。
【請求項７】
前記通電制御装置は、
前記交流電圧の立ち上がりと立ち下がりの両方のゼロクロスを検出する検出回路と、
前記交流電圧が入力され、前記ヒータへの通電をオンオフするスイッチ回路と、
前記検出回路の検出出力に基づいて前記スイッチ回路のオンオフを制御するコントローラと、
を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一記載の温水便座装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２７５７２８（Ｐ２０１０−２７５７２８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２７３９９（Ｐ２００９−１２７３９９）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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